基于RBF-ARX模型的预测控制在磁悬浮小球控制系统中的应用研究

摘要

磁悬浮小球控制系统是一个复杂的非线性、开环不稳定的系统，它是学习和研究控制理论的重要平台之一。对磁悬浮小球控制系统的研究涉及到控制理论、电磁学、计算机科学等众多领域。磁悬浮小球控制系统对实时性的要求很高，此类复杂控制系统采用传统经典控制方法难以取得很好的控制效果。因此，探索一种精确、实用的控制方法是一件很有研究价值的工作。本文针对实验室的一套二自由度的吸浮式磁悬浮球控制设备试验平台并基于Matlab环境进行了分析与设计。
　　 本文首先介绍了磁悬浮技术的研究发展概况，分析了磁悬浮小球控制系统的组成，并详细介绍了磁悬浮小球系统的物理模型和RBF-ARX模型的结构、参数辨识的原理和方法，并介绍了预测控制的基本原理。然后利用PID控制器对该系统进行控制，并采集到系统的输入输出数据，并利用该数据设计得到了磁悬浮小球控制系统的RBF-ARX模型。然后设计了预测控制器，并利用所设计的预测控制器对该系统进行仿真试验，最后，将基于RBF-ARX模型的预测控制运用到磁悬浮小球控制系统中，进行了实时控制实验。
　　 本文所研究的磁悬浮小球控制系统是一个典型的二自由度的电磁悬浮控制系统，基于RBF-ARX模型的预测控制器在实时控制中取得了很好的控制效果。多自由度的磁悬浮控制系统可以借鉴二自由度磁悬浮小球控制系统所取得的研究成果，并可以推广到一般工业控制过程中。因此，进行二自由度磁悬浮球控制系统研究以及控制器的设计对于推动磁悬浮技术的发展和实际工业应用具有很重要的现实意义。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 磁悬浮技术概述

1．1．1 磁悬浮技术的国内外研究发展概况

1．1．2 磁悬浮控制方法的研究现状

1．1．3 磁悬浮技术的应用

1．2 预测控制的研究情况概述

1．2．1 预测控制的产生

1．2．2 预测控制的研究现状

1．2．3 预测控制的发展趋势

1．3 论文的研究背景及其意义

1．3．1 本文的研究背景

1．3．2 本文的研究意义

1．4 本论文的章节安排

第二章 磁悬浮小球控制系统的组成分析

2．1 磁悬浮小球控制装置

2．1．1 磁悬浮小球控制系统简介

2．1．2 磁悬浮小球控制系统的特点

2．2 磁悬浮小球控制系统的物理建模

2．2．1 建立物理模型所需的几个假设条件

2．2．2 系统各部件的建模

2．2．3 实际线性化模型

2．3 磁悬浮小球控制系统的线性化模型的特性分析

2．3．1 可控性

2．3．3 阶跃响应

2．3．3 根轨迹

2．4 小结

第三章 预测控制

3．1 预测控制的基本原理

3．2 广义预测控制

3．2．1 多步向前输出预测

3．2．2 Diophantine方程的递推解

3．2．3 多步输出预测

3．2．4 参考轨迹

3．2．5 最优控制律计算

3．3 非线性系统的预测控制问题探讨

3．4 小结

第四章 RBF-ARX模型在磁悬浮小球控制系统建模中的应用

4．1 径向基函数(RBF)神经网络和线性ARX模型

4．2 RBF-ARX模型的辨识

4．2．1 磁悬浮小球控制系统的RBF-ARX模型结构

4．2．2 RBF-ARX模型的参数辨识和优化

4．3 磁悬浮小球的RBF-ARX模型

4．3．1 数据采样

4．3．2 磁悬浮小球控制系统的RBF-ARX模型的建立

4．4 小结

第五章 基于RBF-ARX模型的预测控制器的设计及其应用

5．1 基于RBF-ARX模型的预测控制器的设计

5．1．1 磁悬浮小球控制系统RBF-ARX模型的状态空间描述

5．1．2 磁悬浮小球控制系统的预测控制器的设计

5．2 预测控制器的参数设定

5．3 基于RBF-ARX模型的预测控制器的仿真

5．4 磁悬浮小球控制系统RBF-ARX模型预测控制

5．4．1 磁悬浮小球控制系统的RBF-ARX模型预测控制界面介绍

5．4．2 预测控制器实时控制效果分析

5．5 小结

第六章 工作总结与展望

6．1 本文的工作

6．2 今后的研究方向

参考文献

致谢

攻读学位期间主要的研究成果